知识16路基路面工程第十六章水泥溷凝土路面设计.ppt
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1、第十六章 水泥混凝土路面设计第一节第一节 概述概述1设计理论设计理论n弹性地基上的小挠度薄板理论弹性地基上的小挠度薄板理论n水泥混凝土路面破坏的力学分析水泥混凝土路面破坏的力学分析n荷载的疲劳应力荷载的疲劳应力n温度翘曲应力温度翘曲应力n不均匀的基础变形使板底脱空而产生过大的弯拉应力不均匀的基础变形使板底脱空而产生过大的弯拉应力n水泥路面的破坏型式:断裂、唧泥、错台、拱起、接缝水泥路面的破坏型式:断裂、唧泥、错台、拱起、接缝挤碎等挤碎等n设计要求:荷载疲劳应力温度翘曲应力不超过混凝土设计要求:荷载疲劳应力温度翘曲应力不超过混凝土的抗弯拉强度即的抗弯拉强度即6/22/20222水泥混凝土路面设计
2、内容水泥混凝土路面设计内容n路面结构层组合设计路面结构层组合设计n混凝土面板厚度设计混凝土面板厚度设计n混凝土面板的平面尺寸与接缝设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计n路肩设计路肩设计n路面排水设计路面排水设计n普通混凝土路面的钢筋配筋率设计普通混凝土路面的钢筋配筋率设计6/22/20223第二节第二节 弹性地基板体系理论概述弹性地基板体系理论概述1.小挠度弹性薄板的基本假设小挠度弹性薄板的基本假设n薄板全厚度范围内的所有各点具有相同的竖向薄板全厚度范围内的所有各点具有相同的竖向位移。位移。n板内无横向剪切应变。板内无横向剪切应变。n中性面上各点无平行于中面的位移。中性面上各点无平行于中面的位移
3、。n在变形过程中,板与地基的接触面始终吻合,在变形过程中,板与地基的接触面始终吻合,即板面与地基表面的竖向位移是相同的。即板面与地基表面的竖向位移是相同的。n在板与地基的两接触面之间没有摩阻力(可以在板与地基的两接触面之间没有摩阻力(可以自由滑动),即接触面上的剪应力视为零。自由滑动),即接触面上的剪应力视为零。6/22/202242.板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程6/22/20225板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程n由力的平衡方程得:由力的平衡方程得:P板表面竖向荷载板表面竖向荷载q地基对板底面竖向反力地基对板底面竖向反力6/22/20226板中心挠曲面微分方程求解板中心挠曲面微分方程求解
4、由上式由上式p、q、w、D知,知, P、D已知,如求得已知,如求得 的关系的关系 ,则可求出,则可求出W.进而可求出板应力进而可求出板应力 6/22/20227n两种地基模型:两种地基模型:n文克勒地基模型文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y)n弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型 q(x,y)=fW(x,y)6/22/20228板内应力求解板内应力求解6/22/20229第三节第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析1文克勒地基板的荷载应力分析无限大板文克勒地基板的荷载应力分析无限大板n文克勒地基模型文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y)n威斯特卡德威斯特卡德(H
5、.M.S.Westergaard)求出三种荷位下无限求出三种荷位下无限大板的挠度、弯矩和板底的最大弯拉应力大板的挠度、弯矩和板底的最大弯拉应力6/22/202210第三节第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析2弹性半空间体地基板的荷载应力分析弹性半空间体地基板的荷载应力分析n弹性半空间体地基弹性半空间体地基q(x,y)=fW(x,y)n无限大板解析解无限大板解析解n有限尺寸矩形板有限尺寸矩形板n无解析解无解析解n可得到有限元解可得到有限元解6/22/202211第四节第四节 水泥混凝土路面温度应力分析水泥混凝土路面温度应力分析1.胀缩应力胀缩应力 混凝土面板设接缝划分为有
6、限尺寸板后,混凝土面板设接缝划分为有限尺寸板后,因收缩而产生的应力很小,可不予考虑。因收缩而产生的应力很小,可不予考虑。2.翘曲应力翘曲应力n气温升降,板顶和板底产生温差,使板产生气温升降,板顶和板底产生温差,使板产生翘曲变形。翘曲变形。n翘曲应力公式(式翘曲应力公式(式1637、式、式1638)气温升高时气温升高时气温降低时气温降低时6/22/202212第五节第五节 水泥混凝土路面板厚设计方法水泥混凝土路面板厚设计方法1设计依据结构可靠度设计方法设计依据结构可靠度设计方法1.可靠度设计标准可靠度设计标准公路等级公路等级高速高速一级一级二级二级三、四级三、四级安全等级安全等级一级一级二级二级
7、三级三级四级四级设计基准期设计基准期30年年30年年20年年20年年目标可靠指标目标可靠指标1.641.281.040.84目标可靠度目标可靠度95%90%85%80%变异水平等级变异水平等级低低低低- -中中中中中中- -高高6/22/2022132.变异系数范围变异系数范围变异水平等级变异水平等级低低中中高高混凝土弯拉强度、混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量弯拉弹性模量0.050.100.100.15 0.150.20基层顶面当量模基层顶面当量模量量0.150.250.250.35 0.350.55面层厚度面层厚度0.020.040.040.06 0.060.086/22/2022143.可靠度
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